起重機結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命評估方法研討

雷雪

摘要：結(jié)合傳統(tǒng)方法評估起重機疲勞剩余壽命中存在流程繁雜、資金消耗量較大的問題，有選擇性的借鑒國內(nèi)外有關(guān)研究理論，模擬和箱型主梁危險位點相對應(yīng)的疲勞載荷譜，推導(dǎo)出疲勞剩余壽命公式。將VC++設(shè)為平臺，研發(fā)出剩余壽命測評軟件。該軟件具有較高的實用性，在動態(tài)監(jiān)控特種設(shè)備運行狀態(tài)方面表現(xiàn)出良好效能，值得推廣。

關(guān)鍵詞：起重機;疲勞;剩余壽命;評估方法

疲勞損傷為起重機金屬構(gòu)件常見的破壞類型，其直接關(guān)系著起重機使用年限的長短。在長時間運作下，受多種內(nèi)外在因素的作用，意外性斷裂是金屬結(jié)構(gòu)損傷主要的表現(xiàn)形式之一，對起重機運行效率形成的損害是不可逆的。為提升起重機運行過程安全性，減少災(zāi)難性損傷發(fā)生的風(fēng)險，既往諸多學(xué)者針對起重機疲勞剩余壽命預(yù)估相關(guān)問題開展研究，形成考慮了一些經(jīng)得起檢驗的理論與方法。

1、 疲勞剩余壽命

1.1疲勞裂痕拓展規(guī)律

縱觀國內(nèi)外過往數(shù)起起重機金屬結(jié)構(gòu)的斷裂事故，我們認(rèn)為設(shè)備原始狀態(tài)下的缺陷、裂痕等結(jié)構(gòu)斷裂情況存在直接關(guān)系，很多原始質(zhì)量缺陷是構(gòu)件疲勞性裂痕的始源。站在如上視角加以分析，裂痕拓展過程和起重機焊件整體疲勞壽命存在密切相關(guān)性。結(jié)合斷裂力學(xué)相關(guān)理論，我們預(yù)估疲勞性剩余壽命前期，應(yīng)探究起重機各種工況下原始缺陷和構(gòu)件裂紋拓展、防治裂痕等方面遵循的規(guī)律，其中裂痕規(guī)格、拓展速率為評估結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重性的重要憑據(jù)。

1.2疲勞破壞危險位點

參照過往研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)主腹板與下蓋板翼緣、主梁橫向大隔板構(gòu)件焊接縫是起重機常見的箱型梁疲勞破壞區(qū)。且對大隔板與主腹板接縫這一危險位點加以分析后，發(fā)現(xiàn)其持有的應(yīng)力集中級別相對較高，被破壞率較大、損傷程度較為嚴(yán)重，故而本文將其設(shè)作為結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命測評對象。

1.3原始、失效狀態(tài)裂痕長度

在測評起重機的疲勞剩余使用壽命階段，依照0.15mm、80～120mm標(biāo)準(zhǔn)分別調(diào)控原始、失效狀態(tài)下結(jié)構(gòu)對應(yīng)的裂痕長度。將以上數(shù)據(jù)整合至有關(guān)公式內(nèi)測算，發(fā)現(xiàn)失效裂紋長度80～120mm所測得的疲勞剩余壽命差異偏小，立足于起重機設(shè)備現(xiàn)實作業(yè)中應(yīng)力指標(biāo)的變動范圍，擬定把構(gòu)件失效裂痕控制為120mm。

1.4應(yīng)力強度因子修整系數(shù)

在測評研究階段，應(yīng)力強度因子修整系數(shù)Y=Y×Kt，K對應(yīng)的是應(yīng)力集中系數(shù)。針對常規(guī)焊接接縫尺寸，K大小為1. 191～2. 073，我們在測評結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命階段取Kt均值1.5，查閱相關(guān)資料取Y為0. 8，由此測算出Y對應(yīng)值為1.2.

2、擬化分析危險截面疲勞載荷譜

2.1作業(yè)頻次函數(shù)

采集不同工況條件下起重機設(shè)備在一定時間范疇中 起重重量、相應(yīng)作業(yè)頻次對應(yīng)值，假定額定起重量依次是100t、120t、110t、160t、180t與200t，起重機類型以鑄造、通用橋式設(shè)備為主，作業(yè)時間設(shè)定為24h全天，擬化不同起重量、作業(yè)頻次，以上分析過程中利用最小二乘法聯(lián)合被收集到的數(shù)據(jù)信息，在計算機設(shè)備協(xié)助下獲得和設(shè)備現(xiàn)實作業(yè)狀態(tài)相似度極高的作業(yè)頻次，為后續(xù)生成與處置模擬數(shù)據(jù)創(chuàng)造便便利條件。

2.2生成模擬數(shù)據(jù)

結(jié)合起重機設(shè)備真實的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，羅列出具有代表性的起重量，將其整合至上一階段中測得的作業(yè)頻次函數(shù)內(nèi)，便可以捕獲與其相對應(yīng)的作業(yè)頻次，依照起重機主梁跨危險截面規(guī)格、材質(zhì)及真實性狀，測求出危險截面對水平軸（x）形成的慣性作用力值。

假定起重機從起吊狀態(tài)到起吊重物體下方是一次完整作業(yè)循環(huán)，我們能較順利的測算出對應(yīng)過程中主梁跨危險截面規(guī)格對應(yīng)的最高、最低應(yīng)力值。分析到起重機真實運作階段可能會受到多種不可預(yù)估因素的影響，故而可以把處于合理取值區(qū)間中的隨機數(shù)羅列后整合至應(yīng)力值范圍中，以上模擬方式能較為真切的呈現(xiàn)出與不同類型起重機跨中截面相對應(yīng)的疲勞載荷譜。

2.3處置變幅載荷均方根

既往有大量實驗研究指出，可以利用一個等效載荷（ re）將變幅載荷取而代之，和其相匹套的裂痕拓展測算結(jié)果也大體相同。故而，為測求出疲勞載荷譜對應(yīng)的等效應(yīng)力幅，針對模擬疲勞載荷譜內(nèi)不同級別應(yīng)力幅（ ri）對應(yīng)循環(huán)頻次、總循環(huán)頻次，可試圖使用雨

3、軟件編制

結(jié)合層相關(guān)理論基礎(chǔ)與四眼階段獲得的數(shù)據(jù)，以VC++平臺為支撐，擬編橋式起重機設(shè)備對應(yīng)的疲勞壽命測評軟件，主要流程有：

（1）構(gòu)建起重機對應(yīng)額定數(shù)據(jù)庫，庫內(nèi)儲有的數(shù)據(jù)信息有起重量、跨度、上下蓋板長于厚度，主腹與副腹板厚，腹板高程等。主函數(shù)有針對性的調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)參數(shù)信息，智能化形成相匹配的作業(yè)頻次函數(shù)。

（2）建設(shè)載荷數(shù)據(jù)庫，整合利用作業(yè)頻次函數(shù)測得的作業(yè)頻次，你畫出相關(guān)數(shù)據(jù)樣本，并以文本形式存管。

（3）調(diào)取雨流統(tǒng)計測算程序，獲得數(shù)據(jù)樣并保存。

（4）主流程捕獲 ri與 i，測得模擬載荷譜對應(yīng)的 re，代入到③式內(nèi)邊能測求出起重機對應(yīng)的剩疲勞壽命。

結(jié)束語：

本文重點分析了不同類型起重機的現(xiàn)實作業(yè)參數(shù)和運轉(zhuǎn)狀態(tài)，擬化箱型主梁危險位點相對應(yīng)的疲勞載荷譜，推導(dǎo)出評估結(jié)構(gòu)剩余壽命的公式，并形成了配套的測評軟件，該軟件用于測評實踐中，測評結(jié)果在準(zhǔn)確性、可靠性方面占據(jù)一定優(yōu)勢，有較高的推廣價值。

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